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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,Interconnect Design PCB Design&Fabrication Hu Qinghu,PCB Design&Fabrication,互連設(shè)計部 胡慶虎,January，2005,Technical Seminar,目 錄,PCB歷史,PCB制造者眼中的PC

2、B,PCB設(shè)計者眼中的PCB,DFMStandard/Guide/Rule/Constrain,PCB的質(zhì)量觀,PCB設(shè)計和制造的未來,PCB歷史回顧,PCB歷史產(chǎn)生,PCB制造是博士的發(fā)明,PCB工藝的成熟,PCB設(shè)計業(yè)的發(fā)展,PCB標準的形成,世界電子電路大會,PCB的價值,印制線路板從發(fā)明至今，已經(jīng)60年歷史，比晶體管的誕生還要早10年。日本PCB行業(yè)專家小林正先生說“如果沒有電腦和信息，電子設(shè)備等于一個普通的箱子；如果沒有半導(dǎo)體和線路板，電子元件就是普通的石頭”。電子信息領(lǐng)域中的一切電氣互聯(lián)和裝配必須依靠線路板。,第八屆世界電子電路大會在總結(jié)PCB的60年發(fā)展歷史時指出：沒有PCB，沒

3、有電子線路，飛行、交通、原子能、計算機、宇航、通信、電話，這一切都無法實現(xiàn)。,PCB設(shè)計行業(yè),直接飛接,手工貼圖,PCB設(shè)計工具,EDA行業(yè)形成,2003年是EDA技術(shù)行業(yè)誕生40年，在業(yè)界生產(chǎn)的嵌入式微控制器數(shù)量已超過麥當勞賣出漢堡包（1,000億以上）的今天，設(shè)計和制造比任何時候，更依賴工具和設(shè)備。EDA設(shè)計工具，轉(zhuǎn)變了作業(yè)方法，要比過去任何時候都顯更為重要。,目 錄,PCB歷史,PCB制造者眼中的PCB,PCB設(shè)計者眼中的PCB,DFMStandard/Guide/Rule/Constrain,PCB的質(zhì)量觀,PCB設(shè)計和制造的未來,PCB上的導(dǎo)線,魔鬼存在細節(jié)中,PCB上的過孔,過孔的

4、寄生電容 延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。如果已知過孔在鋪地層上的隔離孔直徑為D2,過孔焊盤的直徑為D1,PCB板的厚度為T,板基材介電常數(shù)為,則過孔的寄生電容大小近似于：,C=1.41TD1/(D2-D1),舉例來說，對于一塊厚度為50Mil的PCB板，如果使用內(nèi)徑為10Mil，焊盤直徑為20Mil的過孔，焊盤與地鋪銅區(qū)的距離為32Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：C=1.41x4.4x0.050 x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF，這部分電容引起的上升時間變化量為：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)

5、=31.28ps。從這些數(shù)值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，還是要慎重考慮的。,過孔的寄生電感 過孔存在寄生電容的同時也存在著寄生電感，在高速數(shù)字電路的設(shè)計中，過孔的寄生電感帶來的危害往往大于寄生電容的影響。它的寄生串聯(lián)電感會削弱旁路電容的貢獻，減弱整個電源系統(tǒng)的濾波效用。簡單地計算一個過孔近似的寄生電感：,L=5.08hln(4h/d)+1,其中L指過孔的電感，h是過孔的長度，d是中心鉆孔的直徑。從式中可以看出，過孔的直徑對電感的影響較小，而對電感影響最大的是過孔的長度。仍然采用上面的例子，可以計算出過孔的電感為：L

6、=5.08x0.050ln(4x0.050/0.010)+1=1.015nH。如果信號的上升時間是1ns，那么其等效阻抗大小為：XL=L/T10-90=3.19。這樣的阻抗在有高頻電流的通過已經(jīng)不能夠被忽略。旁路電容在連接電源層和地層的時候需要通過兩個過孔，這樣過孔的寄生電感就會成倍增加。,PCB,上的基本常識,PCB的本質(zhì),PCB設(shè)計者眼中的PCB變遷,PCB是一個特殊的支撐性器件,PCB是一個無源電氣互連系統(tǒng),PCB是信號傳輸?shù)年P(guān)鍵物理通道,互連設(shè)計誕生（Interconnect Design）,互連設(shè)計的理論基礎(chǔ)信號和傳輸,High Performance Interconnects,S

7、 參量矩陣(!),Z 參量矩陣,Y 參量矩陣Z=Y,-1,h 參量矩陣,A BCD參量矩陣,DFM,Standard/Rule/Guide/Constrain/Tolerance,DFM內(nèi)容設(shè)計規(guī)則，工藝規(guī)則，所有規(guī)則的分析建立和傳遞；按規(guī)律辦事！,關(guān)注細節(jié)：表面處理，鉆孔和對位,疊層設(shè)計Stackup：6層/8層板之爭,直通率和可靠性,部分問題回答,PCB 標準樹,Guide,PWB Design Guide,低損耗板材的影響,阻抗控制為什么50歐姆？,低介電常數(shù)板材,問題答復(fù)（一）,問題：,將差分阻抗線與其它單線分開，如差分阻抗 6.1mil線寬/5.9間距,普通線6mil.這樣容易識別差

8、分線，以便有效的進行補償與控制;,答復(fù):,提議非常的好！問題簡單，但解決方案比較復(fù)雜。正在努力考慮設(shè)計過程的解決措施。,問題：,字符或字符框離線路焊盤距離能夠大于或等于8mil；,答復(fù)：,要求比較難滿足。單板的條件允許下，盡量按照8mil來做。8mil是否太大了些？,問題：,拉手條位,及高頻板；,答復(fù)：,在drill層標注上，細致觀察，找到拉手條的固定孔，一般能夠看出手條位。對于高頻板，會在阻抗控制表中標識，一般都有阻抗控制要求。,問題答復(fù)（二）,問題：,同樣的產(chǎn)品，阻抗結(jié)果相同，但一個客戶可以調(diào)試出，另一個卻調(diào)不出;,答復(fù),：我們通常關(guān)注傳輸線指標中的特征阻抗，但特征阻抗不是唯一的指標。其它

9、指標還有插入損耗（Q值）、時延等。不同的客戶調(diào)試環(huán)境不同，因此也會產(chǎn)生不同的調(diào)試結(jié)果。這類問題，需要具體問題具體分析，才能得出確切的答案。,問題：,孤島銅或Clearance間銅橋?qū)ι漕l信號的影響,答復(fù)：,一般RF信號不允許有孤島銅皮。在高速信號中，出于加工時電流密度均勻考慮，孤島銅距離高頻信號超過3H距離的孤島銅是沒有影響的。H為微帶介質(zhì)厚度。但通常規(guī)定超過一個固定值，如50mil。,問題答復(fù)（三）,問題：,更換板材后調(diào)試不出信號可能是什么原因？,答復(fù)：,不同的板材有不同的特性，不僅僅只會影響走線的特征阻抗，還要損耗等，不能夠輕易更換板材！具體情況需要細致分析，才能決定是否更換板材。,問題：

10、,如果設(shè)計容差大，生產(chǎn)控制穩(wěn)定，且經(jīng)過樣板測試，是否可以不監(jiān)控阻抗，僅保證線寬穩(wěn)定即可保證量產(chǎn)？,答復(fù),：部分要求不高的產(chǎn)品，從理論上說是可以的，但依賴技術(shù)控制能力。對阻抗控制要求較嚴，所以還是需要監(jiān)控阻抗。,問題：,阻抗公差一般要求+/-10%，也有+/-15%，在設(shè)計時是根據(jù)什么提出這個要求的？,答復(fù)：,是根據(jù)整個系統(tǒng)或電路指標提出這個要求的。通常情況下，低速數(shù)字單板，電源板等對阻抗控制沒有過多的要求。對于高速信號單板、射頻單板等對阻抗控制有較嚴的要求。有些單板甚至對阻抗有+/-5%的要求。,問題答復(fù)（四）,問題：,介電常數(shù)影響阻抗，介質(zhì)損耗影響什么？哪些因素又影響了介質(zhì)損耗？,答復(fù),：,

11、板材的介電常數(shù)是影響阻抗的幾個因素之一。,介質(zhì)損耗影響傳輸線的插入損耗，就是信號的衰減。如果信號衰減太大，接收到的信號有效幅度就會變小。無論是數(shù)字信號還是射頻信號都是這樣。,介質(zhì)損耗的大小主要由介質(zhì)損耗角的大小來決定，介質(zhì)損耗角的大小由板材本身決定。,問題：,對PCB制作要求：從板材，阻焊材料，線路圖形控制，阻抗要求和其它工藝過程控制。,答復(fù)：,板材和阻抗要求，通常會在drill層標注清楚。對于阻焊材料，其它工藝過程控制等由通用規(guī)范約束，有特殊要求的，設(shè)計人員在drill層標注。,問題答復(fù)（五）,問題：,阻抗不匹配會，如線路阻抗低于元器件或高于元器件會有什么結(jié)果或現(xiàn)象？,答復(fù),：阻抗不匹配，就

12、會引起線路上的傳輸信號反射，直到達到平衡為止。使數(shù)字信號出現(xiàn)過沖、臺階、回鉤等波形。使射頻信號出現(xiàn)駐波現(xiàn)象，能接收到的有效信號幅度會減小。,問題答復(fù)（六）,問題：,目前我們使用的阻抗測試機差分阻抗信號的相差為180度，實際產(chǎn)品上也是如此嗎？有沒有信號相差為0的差分阻抗？,答復(fù),：在實際產(chǎn)品上，差分信號的相差十分接近或等于180度。差分阻抗的定義就是以180的相差來定義的。不存在信號相差為0的差分線。,問題：,RF基本原理，影響因素。,答復(fù)：,籠統(tǒng)的說，RF的基本原理就是麥克斯韋方程。通常情況下，都是按照具體RF器件類型來說明其基本原理的。,影響因素：,從PCB角度來說，板材、層疊、加工精度等都

13、會對RF單板的指標和功能有影響。他們的本質(zhì)都是對阻抗控制的影響。,問題答復(fù)（七）,問題13,、RF在PCB上的識別方法：如形狀，外觀，標識等。,答復(fù)：,RF單板根據(jù)應(yīng)用不同，沒有固定的外觀和形狀。,RF射頻板標識：在板名后面或下面有“RF”字樣，例如：,問題答復(fù)（八）,問題：,阻抗控制對普通信號和射頻信號的影響。,答復(fù)：,阻抗控制的目的滿足阻抗的連續(xù)性。本質(zhì)沒有不同，RF信號的要求更要準確些。,問題：,RF板檢測要求,答復(fù)：,首先要滿足通用的檢驗規(guī)范外，必須滿足阻抗、層疊（半固化和芯板）等具體要求。RF板雖然沒有提具體的阻抗要求，實際上對圖形精度（走線的上下面厚度、銅皮厚度公差等）是有比較嚴格

14、的公差要求的。,問題：,RF失效在PCB中的表現(xiàn)。,答復(fù)：,需要具體情況具體分析，表現(xiàn)方式有多種。主要問題,：,圖形加工精度不夠，導(dǎo)致頻率偏移。不同表面處理工藝，可能導(dǎo)致通道損耗增加等等。PCB廠家，需要嚴格控制生產(chǎn)，保證按照設(shè)計者的要求制作。,問題：,RF板的應(yīng)用,答復(fù),：基于分布特性參數(shù)，RF板可以圖形可以構(gòu)成一些無源器件。圖形的加工精度要求一般比較高。RF應(yīng)用主要包括下面場合：手機、電視機、基站天線、RF功率放大器、RF低噪聲放大器、基站收發(fā)信機、微波傳輸、雷達、電子干擾、醫(yī)療設(shè)備,目 錄,PCB歷史,PCB制造者眼中的PCB,PCB設(shè)計者眼中的PCB,DFMStandard/Guide

15、/Rule/Constrain,PCB的質(zhì)量觀,PCB設(shè)計和制造的未來,高可靠性要求高技術(shù)能力,質(zhì)量競爭越來越表現(xiàn)在：長期可靠性上，細節(jié)處理上,過孔可靠性,焊接可靠性,表面處理,阻抗控制,材料穩(wěn)定性（熱、濕、電氣絕緣強度）,Anti-CAF,鉆孔對位精度（BackDrill）,焊點的可靠性（細線剝離強度）,特別需求的響應(yīng)能力（規(guī)范化）,目 錄,PCB歷史,PCB設(shè)計者眼中的PCB,PCB制造者眼中的PCB,DFMStandard/Guide/Rule/Constrain,PCB的質(zhì)量觀,PCB設(shè)計和制造的未來,設(shè)計和制造的挑戰(zhàn),高速串/并行總線，大系統(tǒng)容量：6.25Gbps 10Gbps 40

16、Gbps,；,芯片功耗和電壓：100W/1.2V 100W/1.1V 120W/0.9V,小型化和高密度集成：越來精細的線條和間距；,不斷縮小的芯片封裝：QFP BGA CSP，1206 0402 0201,DFT：測試點越來越小甚至無立”針“之地；,復(fù)雜的PCB工藝：埋阻、埋容、HDI、混壓,PCB設(shè)計和制造的未來,RoHS（,禁止有害物質(zhì)指令）,：從2006年7月1日起，進入歐盟市場的電子產(chǎn)品禁止使用6種有害物質(zhì)：,鉛、汞、鎘、6價鉻、PBB（多溴聯(lián)苯阻燃劑）和PBDE（聚溴二苯醚阻燃劑）,。,WEEE（,廢棄產(chǎn)品回收指令,）：從2005年8月13日開始進入歐盟的產(chǎn)品的,回收及費用由廠家負責(zé),；設(shè)備回收利用率在2006年12月要達到75（重量）。,精益求精 永無止境,鏈條上的任何一個節(jié)點的不均衡或缺陷都將給技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展帶來瓶頸。,今后Chip、Package、PCB必定會進一步相互緊密滲透、相互緊密互聯(lián)，形成嚴密配合的硬件技術(shù)和物理實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈。,謝 謝！,any question,？,本次交流結(jié)束,謝謝觀看,/,歡迎下載,BY FAITH I MEAN A VISION OF